提高數(shù)據(jù)中心溫度，減少排放 | 專家視點(diǎn)

到2025年，數(shù)據(jù)中心預(yù)計(jì)將消耗全球五分之一的電力，并貢獻(xiàn)高達(dá)5%的碳排放。鑒于亞太數(shù)據(jù)中心和托管服務(wù)行業(yè)預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到320億美元的市場(chǎng)規(guī)模，Reflex Winkelmann GmbH區(qū)域銷售總監(jiān)Kevin Wee分享了數(shù)據(jù)中心的能源使用情況，并提出了提高溫度以節(jié)省消耗和碳排放的理由。

對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商來說，冷卻和熱管理是一個(gè)復(fù)雜的問題。根據(jù)行業(yè)慣例，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行溫度在20至25攝氏度之間，相對(duì)環(huán)境濕度在50%至60%之間，本地?cái)?shù)據(jù)中心將近40%的能源用于冷卻IT系統(tǒng)。

例如，新加坡的熱帶氣候使得在規(guī)定的溫度和濕度范圍內(nèi)的冷卻數(shù)據(jù)中心比世界上其他地方更耗能。研究表明，由于在這個(gè)城市國(guó)家建立了更多的數(shù)據(jù)中心，在十年的時(shí)間里，該行業(yè)將占其全年總用電量的12%。

顯然，我們需要在推動(dòng)行業(yè)增長(zhǎng)和實(shí)現(xiàn)凈零排放之間取得平衡。

可以考慮使用太陽能等可再生能源，盡管這對(duì)新加坡這個(gè)土地稀缺的國(guó)家來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。建造更高的數(shù)據(jù)中心可能是另一個(gè)選擇，盡管必須解決加強(qiáng)樓層以支持重型ICT設(shè)備集中的問題。

現(xiàn)在是我們挑戰(zhàn)傳統(tǒng)規(guī)范的時(shí)候了：我們是否需要將熱帶氣候中的數(shù)據(jù)中心保持在20°C的低溫度下運(yùn)行？

有證據(jù)支持更熱的數(shù)據(jù)中心的可行性。服務(wù)器機(jī)架現(xiàn)在設(shè)計(jì)得更好，可以在更高的溫度下維持運(yùn)行?？偛课挥诿绹?guó)的供熱和制冷專業(yè)行業(yè)組織ASHRAE已經(jīng)修訂了其指導(dǎo)方針，支持更溫暖的服務(wù)器群。就連新加坡的IDA也在2016年啟動(dòng)了一個(gè)熱帶數(shù)據(jù)中心試驗(yàn)，環(huán)境溫度將被測(cè)試到38°C的高溫，環(huán)境濕度超過90%或更高。

然而，在采用這種做法時(shí)存在著很大的阻力。反對(duì)者包括源自“沒壞就不修”心態(tài)的歷史慣性。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心硬件供應(yīng)商不保證他們的設(shè)備在建議的更高溫度下正常工作。一些較老的設(shè)施可能有遺留的冷卻系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不是設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)溫度升高的。

江森自控的內(nèi)部研究顯示，更熱的設(shè)施對(duì)節(jié)省電力有積極影響。冷凍水溫度每增加1°C，典型的冷水機(jī)可節(jié)省約2-3%的電力消耗；使用變速驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)，節(jié)約成本增加到4-5%。

在典型的建筑應(yīng)用中，冷凍水溫度的設(shè)定點(diǎn)是由建筑物的感負(fù)荷和潛負(fù)荷決定的。為了去除水分(潛在負(fù)荷)，需要一定的冷凍水最低溫度。冷凍水的典型供水溫度根據(jù)建筑物的感負(fù)荷和潛負(fù)荷之比設(shè)定為6.7℃。

冷卻有兩個(gè)方面需要考慮。首先，冷水機(jī)組壓縮機(jī)所做的功與冷凍水供應(yīng)溫度成反比。換句話說，做功隨著冷凍水溫度的升高而減小。同時(shí)，冷水機(jī)所消耗的功率與壓縮機(jī)所做的功或壓縮機(jī)的“揚(yáng)程”成正比。這意味著在較高的冷凍水溫度下，較高的蒸發(fā)器壓力導(dǎo)致壓縮機(jī)揚(yáng)程較低，因此，整體功耗較低。

冷水機(jī)冷凍水的供水溫度是由供風(fēng)溫度滿足機(jī)房預(yù)設(shè)溫度所決定的?；诟鼫嘏臄?shù)據(jù)中心場(chǎng)景，典型的溫度讀數(shù)現(xiàn)在可能如下所示:

變化最大的是預(yù)先設(shè)定的供水溫度。現(xiàn)在它可以從典型的低7°C提高到18-20°C -這意味著冷水機(jī)供水溫度增加了11-13°C。這意味著冷水機(jī)能耗降低了40-45%。

舉例來說，一臺(tái)典型的水冷式冷水機(jī)組需要0.6KW/RT才能提供7°C的冷凍水。更改后，冷水機(jī)現(xiàn)在將消耗0.35 KW/RT來提供18°C的冷凍水供應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)45%的節(jié)約。

毫無疑問，冷水機(jī)組在較高的冷凍水供應(yīng)溫度下可以更有效地工作。因此，其目的應(yīng)該是將水溫提高到盡可能高的程度。

然而，有一些問題需要強(qiáng)調(diào)。例如，在降低冷水機(jī)功耗和增加空氣處理單元功率之間取得平衡。當(dāng)冷凍水供應(yīng)溫度超過18℃時(shí)，室溫與送風(fēng)溫度之差會(huì)逐漸減小。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，需要更高的風(fēng)量來滿足整體熱負(fù)荷，這導(dǎo)致空氣處理單元的功耗增加。

停電模式的安全裕度也需要解決。由于服務(wù)器負(fù)載高度集中，電源供應(yīng)和房間冷卻的任何中斷都可能導(dǎo)致房間溫度迅速升高。為了避免服務(wù)器機(jī)房溫度的這種異常波動(dòng)，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心時(shí)，通常會(huì)將機(jī)房溫度的安全裕度設(shè)置為1℃~ 2℃。

由于回油和電機(jī)冷卻等問題，并不是所有的冷水機(jī)都設(shè)計(jì)為在16°C的較高冷凍水溫度下運(yùn)行。即使是被吹捧為在20°C下運(yùn)行的冷水機(jī)，它也是通過限制冷卻塔溫度來“人為”增加壓縮機(jī)頭(揚(yáng)程)，從而增加冷水機(jī)功耗。

另一方面，專門的冷水機(jī)組設(shè)計(jì)為在20°C以上的溫度下運(yùn)行，不受冷卻水溫度的限制。例如，江森自控YORK磁軸承冷水機(jī)組甚至可以在反向情況下運(yùn)行，即當(dāng)冷卻塔溫度低于冷凍水供應(yīng)溫度時(shí)。使用磁懸浮技術(shù)在其傳動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)無摩擦，冷水機(jī)提供了一個(gè)更安靜，更有效的操作，并可在變速驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的任何微小改進(jìn)都將產(chǎn)生重大影響。運(yùn)行一個(gè)溫暖的數(shù)據(jù)中心將節(jié)省大量能源，并減少該行業(yè)的碳足跡。

這是我們可以實(shí)現(xiàn)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

一些組織，如綠色網(wǎng)格聯(lián)盟(The Green Grid) 、氣候拯救計(jì)算倡議和全球電子可持續(xù)發(fā)展倡議，已經(jīng)制定了測(cè)量和報(bào)告數(shù)據(jù)中心排放數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和指南。這些標(biāo)準(zhǔn)可以幫助數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商準(zhǔn)確測(cè)量和報(bào)告其排放數(shù)據(jù)，并確定減少其環(huán)境影響的方法。

本文作者：Reflex Winkelmann GmbH區(qū)域銷售總監(jiān)Kevin Wee

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